JP7037389B2 - ガスシリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスシリンダ装置に関するものである。

特許文献１には、一端側が閉塞され、他端側が開口するシリンダと、シリンダの開口に設けられる開口閉鎖部材と、シリンダ内に摺動可能に設けられシリンダ内を二つの室に区画するピストンと、一端側がピストンに連結され、他端側が開口閉鎖部材を介して外部に延出されるピストンロッドと、シリンダ内に封入されるガスおよび潤滑液と、を有し、開口閉鎖部材またはシリンダに、通常作動時には変形せず、潤滑液の沸点以下の所定温度で変形してシリンダ内のガスを漏出させる変形部材が設けられる、ガススプリングが開示されている。

特開２０１４－１０９２８８号公報

高温雰囲気下で使用されるガスシリンダ装置では、高温による内圧の上昇などによって、破損するおそれがある。

このような破損を防止するための安全機能として、特許文献１のガススプリングでは、所定温度で変形してシリンダ内のガスを漏出させる変形部材が設けられる。これにより、ガススプリングが高温雰囲気に晒された場合であっても、ガスが漏出することで内圧の上昇が抑制されガススプリングの破損が防止される。

特許文献１のガススプリングでは、シリンダ内のガスを漏出させる変形部材は、シリンダに形成されるガス通路に直接挿入される。

一方、ガスが漏出する通路となるガス通路は、コンタミによってガス通路が塞がれないように、適切な形状とすることが望ましい。

しかしながら、特許文献１のガススプリングでは、変形部材がガス通路に直接挿入される構成であるため、例えば製品ごとにガス通路の形状を変更した場合には、ガス通路の形状に応じて変形部材をそれぞれ専用に製造しなければならず、製造コストの増加を招く。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、安全機能を有するガスシリンダ装置の製造コストを低減することを目的とする。

第１の発明は、ガスシリンダ装置であって、作動ガスが封入されるシリンダと、シリンダ内に摺動自在に設けられ、シリンダ内に伸側室と圧側室とを区画するピストンと、シリンダに進退自在に挿入されてピストンに連結されたピストンロッドと、シリンダの内外を連通するようにシリンダに形成される連通孔と、シリンダ内に設けられピストンとともに圧側室を区画する仕切部材と、仕切部材によって区画され圧側室の作動ガスを連通孔に導くためのガス通路と、ガス通路を封止する封止部材と、を備え、封止部材は、温度上昇に応じて変形してガス通路を開放し、仕切部材が、その外周面とシリンダの内周面との間に環状のガス通路を区画する金属製の部材であり、封止部材は、仕切部材の外周面に設けられる樹脂製の部材であることを特徴とする。

第２の発明は、複数の連通孔がシリンダに形成されることを特徴とする。

第１及び第２の発明では、封止部材は、圧側室の作動ガスを連通孔に導くためのガス通路を封止する。このように、封止部材は、連通孔を直接塞ぐものではないため、連通孔の形状にかかわらず、共通の封止部材を使用することができる。また、仕切部材と封止部材との融点の差を大きくしやすいため、温度上昇により仕切部材が変形して、意図せずガス通路が封止されることを防止できる。

第３の発明は、シリンダ内には、作動ガスとともに作動液が封入され、封止部材は、作動液の沸点以下の温度で変形してガス通路を開放することを特徴とする。

第３の発明では、作動液への引火のおそれをより確実に排除することができる。

第４の発明は、ピストンロッドの外周を通じた作動液の漏れを防止するシール部材をさらに備え、封止部材は、シール部材の融点以下の温度で変形してガス通路を開放することを特徴とする。

第４の発明では、シール部材の変形前に封止部材が変形して作動ガスが外部に漏出するため、シリンダの内圧の上昇によりピストンロッドの外周を通じて作動液が漏れ出すことを防止できる。

本発明によれば、安全機能を有するガスシリンダ装置の製造コストが低減される。

本発明の実施形態に係るガスダンパの構成を示す断面図である。 図１におけるＡ部拡大図である。 本発明の実施形態に係るガスダンパが安全機能を発揮した状態を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係るガスダンパを示す拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

以下では、ガスシリンダ装置としてのガスダンパ１００について説明する。ガスダンパ１００は、例えば、排煙窓の開閉に使用される。

ガスダンパ１００は、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に設けられ、シリンダ１内を圧側室４と伸側室５とに区画する環状のピストン２と、シリンダ１に進退自在に挿入されて、ピストン２に連結されるピストンロッド３と、シリンダ１内の一方の端部（図１中下端部）に設けられピストンロッド３を摺動自在に支持するロッドガイド１０と、を備える。

シリンダ１は、一端に開口を有する有底筒状の部材である。シリンダ１の開口部にロッドガイド１０が設けられる。シリンダ１の底部側である他端側には、ガスダンパ１００を取り付けるための取付孔（図示省略）が形成される取付部１ａが設けられる。

ピストンロッド３には、ガスダンパ１００を取り付けるための取付孔（図示省略）が形成される取付部３ａがシリンダ１から延出する側の端部に設けられる。ガスダンパ１００は、シリンダ１の取付部１ａが鉛直方向の上方側に配置され、ピストンロッド３の取付部３ａが鉛直方向の下方側に配置される、いわゆる倒立型である。

伸側室５は、ピストンロッド３側の作動室であり、圧側室４は、反ピストンロッド３側の作動室である。圧側室４及び伸側室５には、作動ガス（例えば、窒素ガス）が加圧された状態で封入される。また、伸側室５には、作動ガスに加え、作動液としての作動油Ｌが封入される。作動油Ｌによって、ピストンロッド３の外周を通じた作動ガスの漏れが防止される。また、伸側室５内の作動油Ｌの封入量を調整することで、ガスダンパ１００の伸長作動時の速度が調整される。

伸側室５側におけるピストン２の受圧面積は、ピストンロッド３の断面積分だけ、圧側室４側の受圧面積よりも小さい。よって、ガスダンパ１００は、受圧面積差によって伸長方向の付勢力を発揮する。

ピストン２には、伸側室５と圧側室４とを連通するオリフィス通路２ａが形成される。オリフィス通路２ａは、ピストン２の中心軸に沿って延び、通過する作動ガスの流れに抵抗を付与する。ピストンロッド３の移動に伴い作動ガスがオリフィス通路２ａを通過することで、減衰力が発揮される。

ロッドガイド１０は、伸側室５に面してシリンダ１の内周面に取り付けられる金属製（例えば真鍮製）のリテーナ１１と、ピストンロッド３を摺動自在に支持する金属製（例えば真鍮製）のベアリング１２と、ベアリング１２とリテーナ１１との間に設けられる樹脂製（例えばＮＢＲ製）のシール部材１３と、を有する。

リテーナ１１は、外周部に環状の係止溝１１ａを有する。リテーナ１１は、径方向内側にかしめられたシリンダ１の一部が係止溝１１ａに係止されることにより、シリンダ１の内周面に係止される。

ベアリング１２は、外周部に環状の係止溝１２ａを有する。ベアリング１２は、径方向内側にかしめられたシリンダ１の一部が係止溝１２ａに係止されることにより、シリンダ１の内周面に係止される。ベアリング１２は、挿通孔１２ｂを挿通するピストンロッド３を摺動自在に支持する。

シール部材１３は、筒状に形成され、ピストンロッド３の外周に配置される。シール部材１３は、ピストンロッド３の外周面に摺接し、ピストンロッド３の外周を通じた伸側室５からの作動油Ｌ及び作動ガスの漏れを防止する。

ガスダンパ１００は、図２に示すように、シリンダ１の内外を連通するようにシリンダ１に形成される連通孔６と、シリンダ１内に設けられピストン２とともに圧側室４を区画する円板状の仕切部材２０と、仕切部材２０によって区画され圧側室４の作動ガスを連通孔６に導くためのガス通路２５と、ガス通路２５を封止する封止部材としてのＯリング３０と、をさらに備える。

連通孔６は、圧側室４側であるシリンダ１の底部側（図１中上側）に形成される。連通孔６は、円形断面を有しシリンダ１を肉厚方向に貫通する。ガスダンパ１００では、複数の連通孔６がシリンダ１の周方向に等間隔で配置される。

仕切部材２０は、金属によって形成される。仕切部材２０は、圧側室４に面する端面から圧側室４の圧力を受ける。よって、仕切部材２０は、シリンダ１の底部に押し付けられるようにしてシリンダ１内に設けられる。

ガス通路２５は、仕切部材２０の外周面とシリンダ１の内周面との間に区画される環状の隙間である。ガス通路２５は、圧側室４に連通すると共に、連通孔６に連通する。ガス通路２５の流路面積（シリンダ１の中心軸に垂直な断面積）は、連通孔６の全体としての流路面積（各連通孔６にける中心軸に垂直な断面積の和）より小さくなるように形成される。

Ｏリング３０は、円形断面を有し、仕切部材２０の外周面に形成される環状溝２０ａに収容される樹脂製の部材である。Ｏリング３０は、設計上規定されるガスダンパ１００の通常の使用温度範囲では、ガス通路２５を封止して、圧側室４と連通孔６との連通を遮断する。ガスダンパ１００周辺の雰囲気温度が上昇すると、Ｏリング３０は、その温度上昇に応じて変形し、ガス通路２５を開放する。具体的には、Ｏリング３０は、その融点が、ロッドガイド１０のシール部材１３の融点よりも低く、かつ、伸側室５に封入される作動油Ｌの沸点よりも低い樹脂製の部材である。さらに言えば、Ｏリング３０は、作動油Ｌを含めたガスダンパ１００を構成するすべての部材（構成）の融点や沸点よりも低い融点を有し、ガスダンパ１００において最も初期に温度上昇による変形（変態）が生じる材質で形成される。Ｏリング３０は、その温度が融点に達すると変形・溶融して、ガス通路２５を開放する。

次に、ガスダンパ１００の作用について説明する。

通常の使用温度範囲では、図２に示すように、ガス通路２５を通じた連通孔６と圧側室４との連通がＯリング３０によって遮断される。通常の使用温度範囲では、ピストンロッド３の移動に伴い、オリフィス通路２ａを通過する作動ガスによって生じる抵抗により減衰力が発生する。

排煙扉に使用されるガスダンパ１００の場合には、火災発生時など高温の雰囲気下にさらされる可能性がある。雰囲気温度が上昇すると、内部の作動ガスの圧力が上昇し、シリンダ１が破損するおそれがある。また、シリンダ１が破損すると、作動ガス及び作動油Ｌが外部に飛散し、作動油Ｌに引火するおそれもある。

これに対し、ガスダンパ１００では、Ｏリング３０の融点が作動油Ｌの沸点やシール部材１３の融点よりも低いため、雰囲気温度が上昇すると、最も初期にＯリング３０が変形して、ガス通路２５が開放される。これにより、図３に示すように、ガス通路２５を通じて圧側室４と連通孔６とが連通し、圧側室４の作動ガスは、ガス通路２５を通じて連通孔６に導かれて外部に漏出する。よって、シリンダ１の内圧の上昇が防止され、シリンダ１の破損及び外部への作動油Ｌの飛散が防止される。このように、ガスダンパ１００は、雰囲気温度が上昇した際に、内部の作動ガスを外部に漏出させる安全機能を有している。

ここで、上述の安全機能を発揮するためには、仕切部材２０を設けず、連通孔６に封止部材を直接挿入することも考えられる。しかしながら、この方法では、ガスダンパ１００によって異なる形状の連通孔６を設ける場合には、それぞれの形状に対応した封止部材を専用に製造しなければならない。また、連通孔６が複数設けられる場合には、それぞれに封止部材を設ける必要がある。したがって、連通孔６に封止部材を直接挿入する場合には、製造コストが増加する。

これに対し、ガスダンパ１００では、圧側室４の作動ガスを連通孔６に導くためのガス通路２５が、Ｏリング３０（封止部材）によって封止される。つまり、ガスダンパ１００は、連通孔６が封止部材によって直接封止される構成ではなく、連通孔６がＯリング３０（封止部材）によって間接的に封止される構成である。このため、連通孔６の形状にかかわらず、共通のＯリング３０によって圧側室４と連通孔６との連通を遮断することができる。さらに、連通孔６の数にかかわらず、単一のＯリング３０によって圧側室４と連通孔６との連通を遮断することができる。したがって、ガスダンパ１００の製造コストを低減することができる。

また、例えば、単一の連通孔６が設けられる場合や、連通孔６の流路面積（断面積）が小さい場合には、コンタミによって連通孔６が塞がれ、作動ガスが外部に漏出されないおそれがある。これに対し、ガスダンパ１００では、共通のＯリング３０によって連通孔６を封止することができるため、製造コストを増加させずに連通孔６の形状や数を任意とすることができる。したがって、上記実施形態のように、複数の連通孔６を設けることができる。このように、ガスダンパ１００では、連通孔６の設計の自由度を向上させることができるため、コンタミにより連通孔６が塞がれることが防止され、より安定して安全機能を発揮することができる。

また、ガスダンパ１００では、連通孔６は、相対的に鉛直方向上方に位置する圧側室４に連通可能となるように設けられ、温度上昇時には、ガス通路２５及び連通孔６を通じて圧側室４の作動ガスが外部に漏出する。相対的に鉛直方向下方に位置する伸側室５には、作動油Ｌが封入される。このような構成によれば、ガス通路２５が開放されても、伸側室５の作動油Ｌが連通孔６を通じて外部に漏出するおそれが低く、連通孔６から作動油Ｌが漏れて引火することも防止される。よって、ガスダンパ１００では、安全性をより高めることができる。

また、ガスダンパ１００では、シリンダ１の開口にはロッドガイド１０が設けられる。ロッドガイド１０では、ピストンロッド１０の外周をシールする樹脂製のシール部材１３よりも開口端側（鉛直方向下方側）に金属製のベアリング１２が設けられる。よって、仮に、シール部材１３が熱によって溶融しても、溶融した樹脂が外部に漏出することがベアリング１２によって防止される。したがって、シリンダ１の開口端側からの作動ガス及び作動油Ｌの漏れを防止することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、以下の変形例と上記実施形態の各構成とを組み合わせたり、以下の変形例同士を組み合わせたりすることも可能である。

上記実施形態では、ガス通路２５は、仕切部材２０の外周面とシリンダ１の内周面との間に区画される環状の隙間である。これに対し、ガス通路２５は、圧側室４の作動ガスを連通孔６に導くように区画される限り、任意の構成とすることができる。例えば、図４に示す変形例では、仕切部材１２０がシリンダ１の内周面に取り付けられ、仕切部材１２０とシリンダ１の底部との間には、連通孔６が開口する底部室７が区画される。ガス通路１２５は、仕切部材１２０に形成される内部通路として区画され、底部室７に開口する。ガス通路１２５には、封止部材としてプラグ１３０が設けられる。このような変形例であっても、プラグ１３０が温度上昇によりガス通路１２５を開放するため、圧側室４の作動ガスは、ガス通路１２５及び底部室７を通じて連通孔６に導かれる。よって、図４に示すような変形例であっても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

また、上記実施形態では、連通孔６は、円形断面を有する複数の貫通孔により構成される。これに対し、連通孔６は、コンタミによって塞がれることがなく、高温時にシリンダ１内の作動ガスを漏出させて安全機能を発揮するために、適切な形状や数とすることができる。例えば、単一の連通孔６が設けられる構成でもよい。また、例えば、連通孔６は、シリンダ１の軸方向や周方向に延びる長穴状に形成されてもよい。

また、上記実施形態では、仕切部材２０が金属製であり、Ｏリング３０が樹脂製である。これに対し、仕切部材２０及び封止部材の材質は、封止部材の融点が仕切部材２０の融点以下である限り、任意とすることができる。なお、封止部材の融点と仕切部材２０の融点が同じ（両者の材質が同じ）、又は、融点の差が小さい場合には、仕切部材２０が変形・溶融することにより意図せずガス通路２５が封止される可能性がある。このため、例えば、上記実施形態のように、仕切部材２０及びＯリング３０を融点の差が大きくなるように異なる材質（金属製と樹脂製）で形成して、意図しないガス通路２５の封止を防止することが望ましい。

また、上記実施形態では、封止部材は、円形断面を有するＯリング３０である。これに対し、ガス通路２５が環状に形成される場合には、封止部材は、Ｏリング３０に限らず、その他の断面形状を有するもの（例えば、いわゆるＵパッキンなど）であってもよい。また、複数の部材の組み合わせにより封止部材を構成してもよい。

また、上記実施形態では、ガス通路２５の流路面積は、連通孔６の全体としての流路面積よりも大きく形成される。これに限らず、圧側室４の作動ガスを連通孔６に導いて安全機能が発揮できる限り、ガス通路２５の流路面積は、連通孔６の全体としての流路面積以下であってもよい。

また、上記実施形態では、ガスシリンダ装置がガスダンパ１００である場合を説明した。これに対し、ガスシリンダ装置は、ガススプリングであってもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ガスダンパ１００では、連通孔６と圧側室４とを連通するガス通路２５がＯリング３０によって封止される。Ｏリング３０は、雰囲気温度の上昇により融点に達すると、変形してガス通路２５を開放する。これにより、シリンダ１内の作動ガスが外部に漏出し、シリンダ１の内圧の上昇による破損を防止する安全機能が発揮される。ガスダンパ１００では、ガス通路２５が直接塞がれるものではないため、連通孔６の形状にかかわらず、共通のＯリング３０を使用することができる。したがって、安全機能を有するガスダンパ１００の製造コストを低減することができる。

また、連通孔６の形状にかかわらずＯリング３０を共通に使用することができるため、連通孔６の形状の設計の自由度が向上し、コンタミによって連通孔６が塞がれることを防止することができる。よって、ガスダンパ１００は、より安定して安全機能を発揮することができる。

また、ガスダンパ１００では、Ｏリング３０は、シリンダ１内の作動油Ｌの沸点よりも低い融点を有し、作動油Ｌが沸点に達する前にガス通路２５が開放されて安全機能が発揮される。これにより、作動油Ｌに引火するおそれをより確実に排除することができる。

また、ガスダンパ１００では、Ｏリング３０は、ピストンロッド３の外周面をシールするシール部材１３の融点よりも低い融点を有し、シール部材１３が融点に達する前にガス通路２５が開放されて安全機能が発揮される。これにより、シール部材１３の変形前にＯリング３０が変形して安全機能が発揮されるため、シリンダ１の内圧の上昇によりロッドガイド１０とピストンロッド３との間の隙間を通じて作動油Ｌが漏れ出すことを防止できる。

また、ガスダンパ１００では、ピストンロッド１０の外周をシールする樹脂製のシール部材１３よりも開口端側（鉛直方向下方側）に金属製のベアリング１２が設けられる。よって、仮に、シール部材１３が熱によって溶融しても、溶融した樹脂が外部に漏出することがベアリング１２によって防止されため、シリンダ１の開口端側からの作動ガス及び作動油Ｌの漏れを防止することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

ガスダンパ１００は、作動ガスが封入されるシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に設けられ、シリンダ１内に伸側室５と圧側室４とを区画するピストン２と、シリンダ１に進退自在に挿入されてピストン２に連結されたピストンロッド３と、シリンダ１の内外を連通するようにシリンダ１に形成される連通孔６と、シリンダ１内に設けられピストン２とともに圧側室４を区画する仕切部材２０と、仕切部材２０によって区画され圧側室４の作動ガスを連通孔６に導くためのガス通路２５と、ガス通路２５を封止するＯリング３０と、を備え、Ｏリング３０は、温度上昇に応じて変形してガス通路２５を開放する。

また、ガスダンパ１００では、複数の連通孔６がシリンダ１に形成される。

これらの構成では、Ｏリング３０は、圧側室４の作動ガスを連通孔６に導くためのガス通路２５を封止する。このように、Ｏリング３０は、連通孔６を直接塞ぐものではないため、連通孔６の形状にかかわらず、共通のＯリング３０を使用することができる。したがって、安全機能を有するガスダンパ１００の製造コストが低減される。

また、ガスダンパ１００では、シリンダ１内には、作動ガスとともに作動油Ｌが封入され、Ｏリング３０は、作動油Ｌの沸点以下の温度で変形してガス通路２５を開放する。

この構成では、作動油Ｌへの引火のおそれをより確実に排除することができる。

また、ガスダンパ１００は、ピストンロッド３の外周面とシリンダ１の内周面との間を通じた作動油Ｌの漏れを防止するシール部材１３をさらに備え、Ｏリング３０は、シール部材１３の融点以下の温度で変形してガス通路２５を開放する。

この構成では、シール部材１３の変形前にＯリング３０が変形して作動ガスが外部に漏出するため、シリンダ１の内圧の上昇によりピストンロッド３の外周を通じて作動油Ｌが漏れ出すことを防止できる。

また、ガスダンパ１００では、仕切部材２０は、その外周面とシリンダ１の内周面との間に環状のガス通路２５を区画する金属製の部材であり、Ｏリング３０は、仕切部材２０の外周面に設けられる樹脂製の部材である。

この構成では、仕切部材２０とＯリング３０との融点の差を大きくしやすいため、温度上昇により仕切部材２０が変形して、意図せずガス通路２５が封止されることを防止できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…シリンダ、２…ピストン、３…ピストンロッド、４…圧側室、５…伸側室、６…連通孔、１３…シール部材、２０，１２０…仕切部材、２５，１２５…ガス通路、３０…Ｏリング（封止部材）、１３０…プラグ（封止部材）、１００…ガスダンパ

Claims (4)

1. 作動ガスが封入されるシリンダと、
   前記シリンダ内に摺動自在に設けられ、前記シリンダ内に伸側室と圧側室とを区画するピストンと、
   前記シリンダに進退自在に挿入されて前記ピストンに連結されたピストンロッドと、
   前記シリンダの内外を連通するように前記シリンダに形成される連通孔と、
   前記シリンダ内に設けられ前記ピストンとともに前記圧側室を区画する仕切部材と、
   前記仕切部材によって区画され前記圧側室の作動ガスを前記連通孔に導くためのガス通路と、
   前記ガス通路を封止する封止部材と、を備え、
   前記封止部材は、温度上昇に応じて変形して前記ガス通路を開放し、
   前記仕切部材は、その外周面と前記シリンダの内周面との間に環状の前記ガス通路を区画する金属製の部材であり、
   前記封止部材は、前記仕切部材の外周面に設けられる樹脂製の部材であることを特徴とする
   ガスシリンダ装置。
2. 複数の前記連通孔が前記シリンダに形成されることを特徴とする請求項１に記載のガスシリンダ装置。
3. 前記シリンダ内には、前記作動ガスとともに作動液が封入され、
   前記封止部材は、前記作動液の沸点以下の温度で変形して前記ガス通路を開放することを特徴とする請求項１または２に記載のガスシリンダ装置。
4. 前記ピストンロッドの外周を通じた前記作動液の漏れを防止するシール部材をさらに備え、
   前記封止部材は、前記シール部材の融点以下の温度で変形して前記ガス通路を開放することを特徴とする請求項３に記載のガスシリンダ装置。

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